KR100268839B1

KR100268839B1 - 천정크레인의 위치제어 장치

Info

Publication number: KR100268839B1
Application number: KR1019960067655A
Authority: KR
Inventors: 이호훈; 조성근; 채홍국
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사; 신현준; 재단법인포항산업과학연구원
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2000-11-01
Also published as: KR19980048994A

Abstract

본 발명은 천정크레인의 이동거리와 위치를 정밀하게 측정하고 그 위치를 보정하기 위한 장치의 제공에 관한 것이다.

본 발명에 따른 장치는 천정크레인 본체에 부착되는 프레임(15)과, 상기 프레임(15)의 저부에 결합설치되는 주행바퀴(3)및 엔코더(2)를 포함하는 거리측정유니트(18)와, 크레인레일(1)을 따라 일정간격으로 설치된 복수의 근접센서(100NS, 101NS···)들 및 근접센서 돌기(150NF, 151NF···)들로 이루어진 절대위치 센서부(200)와, 상기 엔코더(2)및 절대위치 센서부(200)로부터의 신호를 전송받아 이미 만들어진 프로그램에 따라 천정크레인 바퀴구동 모터(203)를 동작시켜 위치보정을 행하는 주제어부(201) 및 서보제어부(202)를 포함하는 구성을 특징으로 한다.

Description

천정크레인의 위치제어 장치

본 발명은 천정크레인의 위치제어 장치에 관한 것으로, 산업현장에서 많이 사용되는 천정크레인을 무인화함에 있어서 반드시 필요한 천정크레인의 위치를 정밀하게 측정하고 보정하는 장치에 관한 것이다.

실제로 산업현장에서 많이 사용하는 천정크레인의 위치제어 방법은 레이저거리계 또는 크레인 구동용 전동기에 직접 연결되어 있는 증분형 엔코더(incremental encoder)를 이용하는 것이다. 그러나, 레이저거리계는 진동에 매우 약하고 측정속도가 느려서 크레인 무인화에 필요한 거리 측정값을 충분히 빠른 속도로 제공하지 못한다. 또한, 전동기에 연결된 증분형 엔코더를 이용하는 것은 미끄러지는 경우에는 정확한 이동 거리 및 위치의 측정이 불가능하게 된다는 단점이 있다.

본 발명자들은 이미 상기의 문제점을 해결하기 위한 한 장치 및 방법에 관한 특허출원(특허원 제95-68472호)을 한 바 있다. 그러나 이 역시 현장에서 직접 실용성 있게 적용하는 데에는 여러가지 문제점들이 발생되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해소하여 천정크레인 이동거리 및 위치를 보다 신뢰성있게 측정하고 그 위치를 정밀하게 보정할 수 있는 장치를 제공할 목적으로 연구 발명된 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 장치에서 거리측정유니트의 설치상태를 보여 주는 평면도.

제2도는 위 거리측정유니트의 설치상태를 보여 주는 정면도.

제3도는 크레인레일의 길이방향으로 설치되어 있는 근접센서를 사용한 절대위치 센서부의 설치상태를 보여 주는 정면도.

제4도는 제3도의 A-A선 단면도.

제5도는 크레인레일의 길이방향으로 설치되어 있는 접촉센서를 사용한 절대위치 센서부의 설치상태를 보여 주는 정면도.

제6도는 제5도의 B-B선 단면도.

제7도는 본 발명에 따른 장치 요소들간의 전기적인 연결관계를 보여 주는 블럭도.

제8도는 본 발명에 따른 장치를 사용한 천정크레인 위치 측정 및 보정을 위한 제어 흐름도.

제9도는 본 발명에 따른 장치를 사용한 천정크레인의 위치 및 속도 보정의 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 크레인레일 2 : 엔코더

3 : 주행바퀴 4 : 베어링

5 : 베어링 하우징 6 : 축

7 : 엔코더측 풀리 8 : 벨트

9 : 주행바퀴측 풀리 10 : 이중너트

11 : 스프링 12 : 이물제거수단

13 : 우레탄수지 14 : 베어링 하우징 고정용 너트

100NS,101NS···: 근접센서 150NF,151NF···: 근접센서 돌기

100TS,101TS···: 접촉센서 150TF,151TF···: 접촉센서 돌기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 천정크레인 본체에 부착되는 프레임과, 이 프레임 저부에 결합 설치되는 거리측정유니트와, 크레인레일을 따라 일정간격을 유지하여 설치된 복수의 근접센서 및 근접센서 돌기들을 포함하는 절대위치측정 센서부와, 상기 거리측정유니트 및 절대위치 센서부로부터의 신호를 전송받아 이미 만들어진 프로그램에 따라 천정크레인의 구동바퀴를 움직여서 위치보정을 행하는 주제어부 및 서보제어부를 포함하는 구성을 특징으로 하는 장치를 제공한다.

상기 거리측정유니트는 천정크레인의 이동시 그 크레인레일 상에 접촉회전하 는 주행바퀴와, 상기 주행바퀴의 축에 벨트를 통해 연결회전되고 그 회전에 따라 소정 펄스를 출력하는 엔코더와 이들을 적합하게 설치지지하는 기틀을 포함하는 구성으로 된다.

바람직한 실시예에서, 상기 거리측정유니트는 그 기틀의 일측이 상기 프레임 저부일측의 연결부에 회전가능한 상태로 연결설치되고 기틀의 타측은 상기 프레임 저부의 다른쪽에 그 주행바퀴가 크레인레일 상에 탄접하는 방향으로 탄압력을 받는 상태로 연결설치된다.

또 다른 바람직한 실시예에서 상기 거리측정유니트는 그 주행바퀴의 외주에 크레인레일과의 미끄러짐을 방지하는 우레탄수지가 피복제공되고, 이와 같이된 주행바퀴의 전후에는 크레인레일상의 이물들을 제거할 수 있는 이물제거수단이 부가 제공된다.

이하에서, 본 발명을 첨부도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

제1도, 제2도에 보여진 바와 같이 본 발명의 장치는 천정크레인 본체에 부착되는 프레임(15)과, 이 프레임(15)의 저부에 결합설치되는 거리측정유니트(18)를 포함하는 구성으로 된다. 상기 거리측정유니트(18)는 관련 천정크레인의 이동시 그 크레인레일(1)상에 접촉 회전하는 주행바퀴(3)와, 상기 주행바퀴(3)축의 회전력을 논슬립(non-slip)벨트(8)및 풀리(7)(9)수단들을 통해 전달받아 회전하고 그 회전에 따라 소정의 펄스를 출력하는 엔코더(2)와, 이들 요소를 도시된 양태로 설치지지하는 기틀(16)을 포함하여 구성되어 있다.

도시된 실시예에서, 상기 거리측정유니트(15)의 기틀은 그 일측이 프레임(15)저부 일측의 연결부(17)에 베어링(4)및 축(6)으로 회전가능하게 연결설치되고, 기틀(16)의 타측은 도시된 예의 볼트(19)와 이중너트(10)및 스프링(11)수단들을 통해 주행바퀴(3)가 크레인레일(1) 대해 레일의 노면상태에 관계없이 항시 적절한 힘으로 탄접되도록 하는 방향으로 탄압력을 받고 있도록 하여 상기 프레임(15)저부의 다른쪽에 연결설치된다. 상기 주행바퀴(3)의 외주에는 이 주행바퀴(3)와 크레인레일(1)간의 미끄러짐을 방지하는 우레탄수지(13)가 피복제공되어 있다. 또, 상기 주행바퀴(3)의 전후의 기틀(16)저부에는 장치의 동작에 장애를 일으킬 수 있는 크레인레일(1)상의 이물들을 제거해주는 이물제거수단(12)이 부가 설치된다.

본 발명의 장치는 또한 상기의 거리측정유니트(18)에 더해, 제3도∼제7도에 보여진 바와 같이 크레인레일(1)을 따라 일정간격을 유지하여 설치된 복수의 근접센서(100NS,101NS···)(또는 접촉센서(100TS,101TS···))들 및 근접센서 돌기(150NF,151NF···)(또는 접촉센서 돌기(150TF,151TF, ))을 포함하는 절대위치 센서부(200)와, 상기 거리측정유니트(15)및 절대위치 센서부(200)로부터 신호를 전달받아 이미 만들어진 프로그램에 따라 천정크레인의 바퀴를 움직여서 천정크레인의 위치보정을 행하는 주제어부(201), 서보제어부(202)및 천정크레인 바퀴구동용 모터(203)를 또한 포함한다. 상기 절대위치 센서부(200)는 제3도, 제4도에서 보여진 근접센서(1OONS,101NS, ···)가 근접센서 돌기(150NF,151NF, ···)를 지날 때 소정의 출력신호를 발생시켜 주제어부(201)로 전송하도록 되어 있다. 제5도, 제6도에서 보여진 접촉센서(100TS,101TS···)및 접촉센서 돌기(150TF,151TF, ···)의 경우는 센서의 종류만 틀릴 뿐 그 구성, 작용은 위 제3도, 제4도의 경우와 동일하므로 별도의 설명을 생략한다. 상기 거리측정유니트(15)의 엔코더(2), 절대위치센서부(200), 주제어부(201), 서보제어부(202), 구동모터(203)의 전기적인 상호 연결관계는 제7도에 보여진 바와 같다.

제8도는 상기와 같은 본 발명의 장치를 사용한 천정크레인 거리측정 및 위치보정의 제어흐름도를 보여 준다.

작용에 있어서, 제1도 및 제2도에서 보여지듯이 크레인레일(1)을 따라서 주행바퀴(3)가 회전하면 이 주행바퀴(3)와 벨트(8)전동수단들로 연결된 엔코더(2)의 축이 회전하게 되어 엔코더(2)로부터 소정의 펄스가 발생되어 제7도의 주제어부(201)로 펄스신호가 입력되게 된다. 이 주제어부(201)에서는 입력된 펄스신호를 계수하여 크레인의 현재위치와 속도를 측정할 수 있게 된다. 이때, 제2도의 이물제거수단(12)을 통하여, 장치의 동작에 장애를 초래할 수 있는 크레인레일(1)상의 이물들을 제거하는 것이 가능하다. 주행바퀴(3)및 이 주행바퀴(3)축에 벨트(8)전동수단들로 연결된 엔코더(7)에 강한 충격이 가해지는 것을 막기위해서 프레임(15)의 연결부(17)와 거리측정유니트(18)의 기틀(16)간은 베어링(4)을 통하여 축(6)연결을 하고, 또한 산업현장에서의 열악한 환경에서 베어링의 손상을 고려하여 베어링(4)이 사용된 곳에는 베어링 하우징(5)을 하였다.(14)는 베어링 하우징 고정 볼트이다. 그리고 주행바퀴(13)의 크레인레일(1)과의 접촉회전에 따라 주행바퀴(3)의 외주면 마모가 발생하고 이에 따라 주행바퀴(3)와 크레인레일(1)사이의 공간이 생겨 주행 바퀴(3)의 회전이 불규칙하게 되는 상황을 방지하고 크레인레일(1)노면상태에 무관하게 엔코더(2)가 소정의 일정한 펄스발생을 지속할 수 있도록 하기 위하여 프레(15)와 거리측정유니트(18)의 다른 쪽 사이에 볼트(19)를 체결하고, 이 볼트(19)에 스프링(11)및 이중너트(10)를 제2도에 예시된 바와 같이 설치하여 거리측정유니트(18)가 크래인레일(1)상에 항상 안정적으로 밀착되도록 한 것이다. 거리측정을 위한 상기 엔코더(2)로서 증분형 엔코더를 이용하는 경우에는 주제어부(201)의 카운트 값이 초기화되어 있어야 한다. 그리고 이러한 엔코더(2)를 사용하는 경우 사용 횟수가 많아질수록 누적오차가 커져서 정착한 거리측정이 불가능하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제3도 및 제4도에서처럼 크레인레일의 길이방향을 따라서 근접센서(100NS,101NS···)및 돌기(150NF,151NF···)들을 설치하였다. 설치되어 있는 근접센서들 사이의 거리는 측정을 통하여 이미 알고 있게 된다. 상기 근접센서는 임의의 갯수로 설치할 수 있지만, 적용상황에 따라서 그 설치갯수를 달리 할 수 있다. 임의의 근접센서에서 그 다음의 근접센서까지의 엔코더(2)펄스수를 계수하면 두 근접센서 사이의 거리비례상수를 다음의 식으로 구할 수 있다.

비례상수=임의의 두 근접센서 사이를 지나는 동안에 계수된 엔코더(2)의 펄스수/ 두 근접센서 사이에 측정된 절대거리값

근접센서가 다수개 설치되어 있으면 각각의 근접센서들 사이의 비례상수를 각각 구해서 사용할 수 있다. 예를 들어 근접센서가 5개이면 인접한 근접센서들 사이의 비례상수만을 고려하면 4개의 비례상수가 존재하게 된다. 그리고 근접센서가 온(ON)이 되었다는 것을 주제어부(201)에서 시간지연없이 인식하기 위해서 절대위치 센서부(200)의 신호를 처리하는 주제어부(201)내의 장치는 인터럽트(Interrupt) 기능을 보유하고 있다. 비례상수의 보정을 위해서는 다음의 방법을 사용한다. 즉 상기 근접센서(100NS,101NS···)들 사이에서 구해지는 비례상수는 주제부(201)내의 기억장치에 저장할 수 있으며 정확한 비례상수값을 구하기 위하여 여러번 구한 값을 평균하여 사용할 수 있다. 실제로 크레인 운전중에는 근접센서들 사이의 비례상수를 온라인(On-line)으로 여러번 구하여 제일 큰 값 및 제일 작은 값은 버리고 평균값을 취하는 방식을 택하여 운전중에도 계속해서 비례상수값을 업데이트(Update)시킬 수 있다. 위치보정을 위해서 카운트된 값을 읽을 때마다 절대위치 센서부(200)의 근접센서가 온(ON)되었는지를 확인하고 온되었을 경우는 다음과 같은 방법을 이용하여 카운트값을 업데이트 한다. 임의로 정할 수 있는 한 주기에 행할 수 있는 속도보정 최대치를 V_CMAX라 하면 그 한주기동안의 최대 위치 보정량P_CMAX은 아래의 식으로 주어진다.

P_CMAX= V_CMAX·T (1)

여기서 T는 카운트값을 읽는 주기이다. 임의의 근접근서가 온이되고 이 근접 센서에 대한 절대위치값이 펄스로 측정해서 P_A라 하고 온된 순간의 카운트값을 P_A라 하면 상기한 근접센서에서의 절대위치오차 E_P는 하기의 식으로 표현된다.

E_P= P_A- P_c(2)

이 절대위치오차 E_P가 최대 위치 보정량 P_CMAX보다 작은 경우는 다음 주기에서 바로 보상이 되고 P_CMAX보다 큰 경우에는 다음과 같이 보상된다. 제9도에서 시간t에서의 속도를 V_t라 하면 다음식을 만족하는 N이 존재한다.

V_CMAX·N·T≥V_t·T·E_P(3)

이 식을 만족하는 N을 구해서 (N-1)회까지는 매 주기마다 P_cmax만큼씩 보상을 하고 N번째 보상시에는 다음의 펄스만큼 보상을 한다.

E_r= V_camx·N T-(V_t·7+ E_P) (4)

상기에 설명한 위치보정방법의 실시예를 제9도에 나타내었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 천정크레인의 위치를 측정하기 위하여 엔코더의 펄스값을 읽고 이와 함께 근접센서들을 이용하여 위치보정을 행함으로써 천정크레인의 무인화에 필요한 천정크레인의 위치출정 및 보정을 매우 정밀하게 행할 수 있는 효과를 제공한다. 이상의 설명은 본 발명의 하나의 실시예를 보여준 것으로, 본 발명의 기술범주를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 여러가지 수정, 변경례들이 있을 수 있다.

Claims

천정크레인 본체에 부착되는 프레임(15)과, 이 프레임(15)의 저부에 결합설치되고 크레인레일(1)상에 접촉회전하는 주행바퀴(3)와, 상기 주행바퀴(3)축의 회전력을 전달받아 회전하고 그 회전에 따라 펄스를 출력하는 엔코더(2)및 이들을 설치지지하는 기틀(16)을 포함하는 거리측정유니트(18)와, 크레인레일(1)의 길이방향을 따라서 일정 간격을 유지하여 설치된 근접센서(100NS,100NS···) 및 근접센서 돌기(150NF,151NF···)들로 이루어진 절대위치측정 센서부(200)와, 상기 거리 측정유니트(18)의 엔코더(2)및 절대위치 센서부(200)로부터의 신호를 전송받아 이미 만들어진 프로그램에 따라 크레인의 위치를 판정하고 그에 따른 위치보정 신호를 발하는 주제어부(201)와, 상기 주제어부(201)의 신호에 따라서 천정크레인 구동 모터(273)를 동작시키는 서보제어부(202)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 천정크레인의 위치제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 거리측정유니트(15)가 그 기틀(16)의 일측이 상기 프레임(15)저부일측의 연결부(17)에 회전가능하게 연결설치되고 기틀(16)의 타측은 주행바퀴(3)가 크레인레일(1)에 상시 탄접하는 방향으로 탄압력을 받고 있도록 하여 상기 프레임(15)저부의 다른 쪽에 연결설치 되어 있는 것을 특징으로 하는 천정크레인의 위치제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거리측정유니트(15)가 또한 크레인레일(1)상의 이물을 제거하는 이물제거수단(12)을 구비하는 것을 특징으로 하는 천정크레인의 위치제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 절대위치 센서부(200)가 크레인레일(1)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 설치된 접촉센서(100TS,101TS···)및 접촉센서 돌기(150TF,151TF···)들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 천정크레인의 위치제어 장치.